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초록
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MPTCP(Multipath Transmission Control Protocol)는 두 호스트의 연결설정 시, 다수의 TCP 경로를 구성하여 동시에 데이터를 송수신할 수 있다. 따라서 MPTCP는 경로를 추가하려는 호스트의 유효성을 확인하기 위한 인증과정이 필요하기 때문에 초기 연결 설정 시, 키를 교환하여 인증용 토큰을 만든다. 하지만 기존 MPTCP의 토큰은 공개적으로 전송된 키를 그대로 사용하여 생성되기 때문에 MITM(Man In The Middle) 공격에 취약하다. 본 연구에서는 기존 MPTCP 키 교환방식에 ECDH(Elliptic Curve Diffie-Hellman) 키 교환 알고리즘을 적용시켜 기존의 키를 ECDH 공개키로 대체하고, 두 호스트만이 알 수 있는 비밀키를 생성하여 토큰을 만들기 위한 키로 사용하도록 하였다. 또한, 비밀키를 사용하여 데이터의 암호 및 복호화까지 지원하는 방법을 설계하고 구현함으로써 기존 MPTCP에 기밀성을 추가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

MPTCP(Multipath Transmission Control Protocol) is able to compose many TCP paths when two hosts connect and the data is able to be transported through these paths simultaneously. When a new path is added, the authentication between both hosts is necessary to check the validity of host. So, MPTCP exc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 기존 MPTCP는 공개적으로 전송된 키를 그대로 사용하여 토큰을 생성하기 때문에, 중간에서 공격자가 호스트들의 키를 알게 된다면 서브플로우를 추가하기 위해 사용되는 인증용 토큰을 똑같이 만들어 낼 수 있다[6]. 따라서 본 연구에서는 기존 MPTCP의 키 교환 방식이 이러한 MITM 공격에 취약하다는 점을 보완하기 위해, ECDH 공개키 교환 알고리즘을 적용하여 기존의 키를 공개키로 대체 하였다. 그리고 두 호스트가 교환한 공개키와 각 호스트에서 갖고 있는 개인키로 만들어진 세션키는 토큰을 만들기 위한 비밀키로 사용되어짐으로써, 공개키를 교환한 두 호스트만이 인증을 위한 토큰을 만들 수 있도록 하였다[7].
  • 본 연구에서는 MPTCP에서 초기 연결설정이 되어있는 두 호스트만이 서브플로우를 추가하기 위한 인증용 토큰을 생성할 수 있도록 ECDH를 적용하였다. 그림 5는 두 호스트가 ECDH 알고리즘을 사용하여 세션키를 공유하는 과정을 나타낸다.
  • 마지막으로 두 호스트는 공개키 교환 후, 자신의 개인키와 상대방의 공개키를 곱함으로써 양측이 동일한 세션 키를 갖게 된다[10]. 본 연구에서는 생성된 세션키를 토큰을 생성하기 위한 비밀키로 사용해, 오직 두 호스트만이 토큰을 생성할 수 있도록 하여 기존 MPTCP의 인증과정을 더욱 안전하게 하였다. 그리고 공유된 비밀키를 사용해 MPTCP 데이터의 암호 및 복호를 할 수 있도록 하여 기존 MPTCP에 기밀성을 추가하였다.

가설 설정

  • 현재 기존 리눅스에서 사용되고 있는 TCP 옵션의 크기는 최대 40바이트 중, MSS(Maximum segment size), TCP SACK Permitted, Timestamps, Window scale의 총 19바이트이다. 이에 따라, 본 연구에서 MP_CAPABLE 옵션이 가질 수 있는 공개키의 길이는 17바이트로 정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MPTCP는 무엇인가? MPTCP(Multipath Transmission Control Protocol)는 두 호스트의 연결설정 시, 다수의 TCP 경로를 구성하여 동시에 데이터를 송수신할 수 있다. 따라서 MPTCP는 경로를 추가하려는 호스트의 유효성을 확인하기 위한 인증과정이 필요하기 때문에 초기 연결 설정 시, 키를 교환하여 인증용 토큰을 만든다.
기존 MPTCP의 문제점은 무엇인가? 따라서 MPTCP는 경로를 추가하려는 호스트의 유효성을 확인하기 위한 인증과정이 필요하기 때문에 초기 연결 설정 시, 키를 교환하여 인증용 토큰을 만든다. 하지만 기존 MPTCP의 토큰은 공개적으로 전송된 키를 그대로 사용하여 생성되기 때문에 MITM(Man In The Middle) 공격에 취약하다. 본 연구에서는 기존 MPTCP 키 교환방식에 ECDH(Elliptic Curve Diffie-Hellman) 키 교환 알고리즘을 적용시켜 기존의 키를 ECDH 공개키로 대체하고, 두 호스트만이 알 수 있는 비밀키를 생성하여 토큰을 만들기 위한 키로 사용하도록 하였다.
기존 MPTCP에 ECDH를 적용시키는 방법과 그에 따른 어떤 효과가 있는가? 본 연구에서는 기존 MP_CAPABLE 옵션에 포함된 호스트들의 키를 ECDH의 공개키로 대체하여, 두 호스 트가 비밀키를 공유할 수 있도록 하였다. 따라서 초기 연결설정 이후 서브플로우를 추가하기 위한 인증 수단인 토큰을 공유된 비밀키로 생성함으로써, 오직 두 호스트만이 서브플로우를 추가할 수 있도록 기존 MPTCP 의 인증방식을 보완하였다. 또한, MPTCP에 기밀성을 추가하기 위해 공유된 비밀키를 사용하여 데이터의 암호 및 복호화를 할 수 있도록 하였다. 이로 인해 초기 연결설정 과정과 데이터 전송속도의 시간이 기존 MPTCP보다 증가한 것을 확인할 수 있었다.
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참고문헌 (11)

  1. G. Huston, "IP Multi-Addressing and Multipath TCP," The Internet Protocol Journal, vol. 18, no. 2, pp. 2-12, June 2015. 

  2. WIKIPEDIA. Multipath TCP [Internet]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Multipath_TCP. 

  3. H. E, Go, J. U. Lee, S. H. Back, and J. H. Hwang "Multipath TCP (MPTCP) standardization and technology development trends," Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, vol. 31, no. 9, pp. 9-16, September 2014. 

  4. L. T. Tuan, K. S. Kim, J. K. Choe, and S. H. Ro, "A Study on Multi-Path TCP Mobility Management Protocol," Journal of KIIT, vol. 12, no. 6, pp. 109-117, June 2014. 

  5. A. Ford, C. Raiciu, M. Handley, TCP Extensions for Multipath Operation with Multipath Addresses, RFC 6824, IETF, 2013. 

  6. M. Bagnulo, Threat Analysis for TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses, RFC 6181, IETF, 2011. 

  7. S. H. Sun, E. G. Kim, "A study on the Key Exchange Using ECDH in MPTCP," in Proceeding of the 4th Annual Conference on Engineering and Information Technology, Kyoto, Japan, pp. 84-89, March 2016. 

  8. K. J. Ha, C. H. Seo, D. Y. Kim, "Design of Validation System for a Crypto-Algorithm Implementation," Journal of the Korea Information and Communication Society, vol. 39, no. 4, pp. 242-250, April 2014. 

  9. BlueKrypt. (2012). NIST Report on Cryptographic Key Length and Cryptoperiod [Internet]. Available: http://www.keylength.com/en/4/. 

  10. D. K. Too, S. J. Han, "A Study of Key Distribution for Security on VANET," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 16, no. 10, pp. 2192-2198, October 2012. 

  11. OpenSSLWiki. Elliptic curve Diffie Hellman [Internet]. Available: http://wiki.openssl.org/index.php/Ellipttic_Curve_Diffie_Hellman. 

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